計(jì)算機(jī)組成原理復(fù)習(xí)題

1、1.3說(shuō)明高級(jí)語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言的差別及其聯(lián)系。答：高級(jí)語(yǔ)言使用時(shí)程序員不需要了解實(shí)際應(yīng)用的機(jī)型、部的具體組成及其指令系統(tǒng)，只用掌握這類高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)法和語(yǔ)義，便可直接用這種高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編程。匯編語(yǔ)言使用時(shí)程序員不用使用繁雜的01二進(jìn)制代碼來(lái)編寫程序，提高了程序的可讀性，但是不同型號(hào)計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言是不盡相同的，所以用匯編語(yǔ)言必須懂得計(jì)算機(jī)原理和計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。機(jī)器語(yǔ)言是可以機(jī)器直接運(yùn)行的語(yǔ)言，但因?yàn)槎M(jìn)制碼對(duì)人來(lái)說(shuō)能以記住，沒(méi)有很專業(yè)的計(jì)算機(jī)知識(shí)，和熟練的計(jì)算機(jī)編程技巧，是沒(méi)辦法直接用機(jī)器語(yǔ)言編程的。使用高級(jí)語(yǔ)言編程時(shí)，其使用需要將高級(jí)語(yǔ)言程序?qū)懛g成匯編語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言再通過(guò)翻譯，翻譯成機(jī)器語(yǔ)

2、言，只有翻譯為機(jī)器語(yǔ)言才能在機(jī)器上直接運(yùn)行。1.6 畫(huà)出計(jì)算機(jī)硬件組成框圖，說(shuō)明各部件的作用及計(jì)算機(jī)硬件的主要性能指標(biāo)。輸入設(shè)備存儲(chǔ)器運(yùn)算器輸出設(shè)備控制器答： 控制線 反饋線 數(shù)據(jù)線1.11指令和數(shù)據(jù)都存于存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們？答：計(jì)算機(jī)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)有以下2種方法：1.通過(guò)不同的時(shí)間段來(lái)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即在取指令階段取出的是指令，在執(zhí)行指令階段取出的是數(shù)據(jù)。2.通過(guò)地址來(lái)源區(qū)分，由PC提供存儲(chǔ)單元地址的取出的是指令，由指令地址碼部分提供存儲(chǔ)單元地址的取出的是操作數(shù)。3.2總線如何分類？什么是系統(tǒng)總線？系統(tǒng)總線又分為幾類，它們各有何作用，是單向的，還是雙向的，它們與機(jī)器字長(zhǎng)、

3、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、存儲(chǔ)單元有何關(guān)系？答：總線的分類有多種方式，可以按照數(shù)據(jù)傳送方式進(jìn)行劃分，可分為并行傳輸總線和串行傳輸總線，也可以按照總線的使用圍進(jìn)行劃分。系統(tǒng)總線是指CPU、主存、I/O設(shè)備各大部件之間的信息傳輸線。系統(tǒng)總線分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。數(shù)據(jù)總線主要用來(lái)傳輸各功能部件之間的信息，它是雙向傳輸總線，其位數(shù)與機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)有關(guān)，如果數(shù)據(jù)總線寬度為8位，指令字長(zhǎng)為16位，那么CPU在取指階段必須兩次訪問(wèn)主存。地址總線是用來(lái)指出數(shù)據(jù)總線上的源數(shù)據(jù)或目的數(shù)據(jù)在主存單元的地址或I/O設(shè)備的地址，其是單向傳輸總線，地址線的位數(shù)與存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)有關(guān)，如果地址線為20根，那么存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)為

4、2的20次方?？刂瓶偩€是用來(lái)發(fā)出各種控制信號(hào)的傳輸線，從任一控制線而言，它的傳輸時(shí)單向的，但就控制總線總體而言，其實(shí)雙向的，因?yàn)樗目刂菩盘?hào)有出有入，如中斷請(qǐng)求、總線請(qǐng)求。3.4為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見(jiàn)的集中式總線控制有幾種，各有何特點(diǎn)，哪種方式響應(yīng)時(shí)間最快，哪種方式對(duì)電路故障最敏感？ 答：為了將總線中的任何操作由總線控制器同意管理，同時(shí)能夠更高效的處理總線要執(zhí)行的操作，所以設(shè)置了總線判優(yōu)控制。常見(jiàn)的集中式總線控制有三種分別是鏈?zhǔn)讲樵?、?jì)時(shí)器定時(shí)查詢和獨(dú)立請(qǐng)求方式。鏈?zhǔn)讲樵兊奶攸c(diǎn)是只需很少的幾根線就可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先次序控制，但是其對(duì)電路故障很敏感，且優(yōu)先級(jí)較低的設(shè)備可能很難獲取到請(qǐng)求。計(jì)時(shí)器

5、定時(shí)查詢的特點(diǎn)是對(duì)電路故障不如鏈?zhǔn)讲樵兠舾?，但增加了控制線，控制較為復(fù)雜。獨(dú)立請(qǐng)求方式的特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，優(yōu)先次序控制靈活，但控制線最多，總線控制更加復(fù)雜。3.5名詞解釋：總線寬度、總線帶寬、總線復(fù)用、總線的主設(shè)備、總線的從設(shè)備、總線的傳輸周期、總線的通信控制。答：總線寬度：通常指數(shù)據(jù)總線的根數(shù)?？偩€帶寬：即總線上每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)?？偩€復(fù)用：一條信號(hào)線上分時(shí)傳送兩種信號(hào)，如分時(shí)傳送地址信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)?？偩€的主設(shè)備：對(duì)總線有控制權(quán)的設(shè)備?？偩€的從設(shè)備：響應(yīng)從主設(shè)備發(fā)來(lái)的總線控制的設(shè)備?？偩€的傳輸周期：即完成一次完整的數(shù)據(jù)傳輸操作時(shí)間?？偩€的通信控制：主要解決通信雙方如何獲知傳輸開(kāi)始和傳輸結(jié)束

6、，以及通信雙方如何協(xié)調(diào)如何配合。3.14設(shè)總線的時(shí)鐘頻率為8MHz，一個(gè)總線周期等于一個(gè)時(shí)鐘周期。如果一個(gè)總線周期中并行傳送16位數(shù)據(jù)，試問(wèn)總線的帶寬是多少？答：8*（16/8）=16MBps3.16在異步串行傳送系統(tǒng)中，字符格式為：1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)校驗(yàn)位、2個(gè)終止位。若要求每秒傳送120個(gè)字符，試求傳送的波特率和比特率。答：波特率：（1+8+1+2）*120 = 1440bps=1440波特比特率：1440*（8/12）=960bps4.6某機(jī)字長(zhǎng)為32位，其存儲(chǔ)容量是64KB，按字編址其尋址圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫(huà)出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。答：存儲(chǔ)容量為64KB

7、時(shí)，按字節(jié)編址的尋址圍是64KB，那么按字編址其尋址圍是64*（8/32）=16K字字地址 HB-字節(jié)地址LB012345676553265533655346553504655324.7一個(gè)容量為16K×32位的存儲(chǔ)器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少？當(dāng)選用下列不同規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)，各需要多少片？1K×4位，2K×8位，4K×4位，16K×1位，4K×8位,8K×8位。答：其地址總線一共有14根，數(shù)據(jù)總線一共有32根，總和為46根。當(dāng)使用下列不同規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)，1K×4位需要128個(gè)；2K×8位需要32個(gè)

8、；4K×4位需要32個(gè)；16K×1位需要32個(gè)；4K×8位需要16個(gè)；8K×8位需要8個(gè)。4.8試比較靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM。答：靜態(tài)RAM用觸發(fā)器存儲(chǔ)信息，各要不斷電，信息就不會(huì)丟失，不需要刷新，但靜態(tài)RAM集成度低，功耗大。動(dòng)態(tài)RAM用電容存儲(chǔ)信息，為了保持信息必須每隔12ms就要對(duì)高電平電容重新充電，稱為刷新，因此必須含有刷新電路，在電路上較復(fù)雜，但動(dòng)態(tài)RAM集成度高，且價(jià)格便宜。4.9什么叫刷新？為什么要刷新？說(shuō)明刷新有幾種方法。答：刷新原因由于存儲(chǔ)單元被訪問(wèn)是隨機(jī)的，有可能某些存儲(chǔ)單元長(zhǎng)期得不到訪問(wèn)，不進(jìn)行存儲(chǔ)器的讀/寫操作，其存儲(chǔ)單元的原信息

9、會(huì)因?yàn)殡娙莸男孤秾⒙?，為此需要采用定時(shí)刷新的方法對(duì)動(dòng)態(tài)RAM的全部基本單元進(jìn)行一次刷新，一般為2ms。常用的刷新方法有三種集中式、分散式、異步式。 集中式：在最大刷新間隔時(shí)間，集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新。分散式：在每個(gè)讀/寫周期之后插入一個(gè)刷新周期，不存在停止讀/寫操作時(shí)間。異步式：是集中式和分散式的折衷，每刷新一行只停止一個(gè)存取周期。4.11一個(gè)8K×8位的動(dòng)態(tài)RAM芯片，其部結(jié)構(gòu)排列成256×256形式，存取周期為0.1µs。試問(wèn)采用集中刷新、分散刷新及異步刷新三種方式的刷新間隔各為多少？答：設(shè)RAM的刷新最大間隔時(shí)間為2ms，則異步刷新的刷新間隔為2ms

10、/256=7.8125us集中刷新的刷新間隔為0.1us分散刷新的刷新間隔為 0.1*2 =0.2us4.14某8位微型計(jì)算機(jī)地址碼為18位，若使用4K×4位的RAM芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器，試問(wèn)：（1）該機(jī)所允許的最大主存空間是多少？（2）若每個(gè)模塊板為32K×8位，共需幾個(gè)模塊板？（3）每個(gè)模塊板共有幾片RAM芯片？（4）共有多少片RAM?(5)CPU如何選擇各模塊板？答：（1）：最大主存空間為2的18次方乘以8，即為256K*8位（2）：若每塊模塊板為32K*8位，共需要256/32=8塊（3）：每塊模塊板共有（32/4）*（8/4）=16塊（4）：共有8*16=1

11、28片RAM（5）：CPU通過(guò)最高3位選板，通過(guò)中間3位選片。片地址是3位是因?yàn)槠渥謹(jǐn)U展是八倍，所以是3位。以下為地址格式：模塊板地址（占3位）片地址（占3位）片地址（占12位）4.17寫出1100的海明碼。答：根據(jù)1100，得n=4.由海明不等式得需要添加3位校驗(yàn)位，則各位安排如下：C1,C2,1,C4,1,0,0按配奇原則配置，則C1=0，C2=1,C4=1；則新配置的海明碼為0111100.4.20欲傳送的二進(jìn)制代碼為1001101，用奇校驗(yàn)來(lái)確定其對(duì)應(yīng)的海明碼，若在第6位出錯(cuò)，說(shuō)明糾錯(cuò)過(guò)程。答：由海明不等式知需要添加4位校驗(yàn)位，則各位安排如下：C1,C2,1,C4,0,0,1,C8,1

12、,0,1按配奇原則配置，則C1=0,C2=1,C4=1,C8=0;則其新配的海明碼為.若在第六位出錯(cuò)，則收到的海明碼為；確認(rèn)其分組為：P1:1,3,5,7,9,11;P2:2,3,6,7,10,11;P3:4,5,6,7;P4:8,9,10,11;因?yàn)槠涿课灰嗷虻慕Y(jié)果分別為0，1，1，0，則得到P4P3P2P1=0110.第六位出錯(cuò)，故正確的二進(jìn)制代碼為；欲傳送的信息為1001101.4.32設(shè)某機(jī)主存容量為4MB，cache容量為16KB，每字塊有8個(gè)字，每字32位，設(shè)計(jì)一個(gè)四路組相聯(lián)映射的cache組織。(1)畫(huà)出主存地址字段中各段的尾數(shù)；(2)設(shè)cache的初態(tài)為空，CPU依次從主存第0

13、、1、2、89號(hào)單元讀出90個(gè)字（主存一次讀出字），并重復(fù)按此次序讀8次，問(wèn)命中率是多少？(3)若cache的速度是主存速度的6倍，試問(wèn)有cache和無(wú)chache相比，速度約提高多少倍？答：（1）根據(jù)每個(gè)字塊有8個(gè)字，每個(gè)字32位，得出主存地址字段中字塊地址字段為5位，其中3位為字地址，2位為字節(jié)地址。根據(jù)Cache容量為16KB=214B,字塊大小為25B,得Cache共有29塊，故c=9.根據(jù)四路相聯(lián)映射2r=4，得r=2，則q=c-r=9-2=7位。根據(jù)主存容量位4MB=222B，得出主存地址字段中主存字塊標(biāo)記為22-7-5=10位。主存地址字段各段格式如下：主存字塊標(biāo)記（10位）組地

14、址（7位）字塊地址（5位）（2）由于每個(gè)字塊中有8個(gè)字，而且初態(tài)為空，所以CPU讀第0號(hào)單元時(shí)，未命中，必須訪問(wèn)主存，同時(shí)將該字所在的主存塊調(diào)入Cache第0組中的任一塊，接著CPU讀第17號(hào)單元時(shí)均命中。同理，CPU讀第8，16，88號(hào)時(shí)均未命中。得CPU在連續(xù)讀90個(gè)字中共有12次未命中，而后8次循環(huán)讀90個(gè)字全部命中，命中率為：（90*8-12）/(90*8)=0.984.（3）根據(jù)題意，設(shè)主存存取周期為6t，Cache的存取周期為t，沒(méi)有Cache的訪問(wèn)時(shí)間為6t*720，有Cache的訪問(wèn)時(shí)間為t（720-12）+6t*12，則有Cache和沒(méi)有Cache相比，速度提高的倍數(shù)為（6t

15、*720）/（t*（720-12）+6t*12）-1=5.54.6.16設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為16位，寫出下列各種情況下它所能表示的數(shù)的圍。設(shè)機(jī)器數(shù)采用1位符號(hào)位，答案均用十進(jìn)制數(shù)表示。(1)無(wú)符號(hào)數(shù)。(2)原碼表示的定點(diǎn)小數(shù)、整數(shù)。(3)補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)小數(shù)、整數(shù)。(4)浮點(diǎn)數(shù)格式：階碼6位，尾數(shù)10位。分別寫出正數(shù)和負(fù)數(shù)的表示圍。答：（1）無(wú)符號(hào)整數(shù)：0 216 - 1，即：0 65535； 無(wú)符號(hào)小數(shù)：0 1 2-16 ，即：0 0.99998； （2）原碼定點(diǎn)小數(shù)：-1 + 2-151 - 2-15 ，即：-0.999970.99997 （3）補(bǔ)碼定點(diǎn)小數(shù)：- 11 - 2-15 ，即：-10.9

16、9997 （4）補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)：-215215 - 1 ，即：-3276832767 6.19設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為8位，用補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則計(jì)算（1）A=9/64，B=-13/32，求A+B（2）A=19/32，B=-17/128，求A-B。答：（1）由A=9/64可得其真值為0.0010010BB=-13/32可得其真值為1.0110100B則A補(bǔ)=0.0010010，B補(bǔ)=1.1001100BA+B補(bǔ)=0.0010010+1.1001100=1.1011110A+B=-17/64（2）由A=19/32可得其真值為0.1001100BB= -17/128可得其真值為-0.0010001BA補(bǔ)=0.1001

17、100，B補(bǔ)=1.1101111 ,（-B）補(bǔ)=0.0010001A-B補(bǔ)= 0.1001100 + 0.0010001= 0.1011101A-B=0.1011101B =93/1286.20用補(bǔ)碼一位乘計(jì)算（1）x=0.110111，y=-0.101110.答：X補(bǔ)=0.110111 Y補(bǔ)=1.010010 （-X）補(bǔ)=1.001001部分積乘數(shù)00.00000001001000.000000+00.110111001001 00.011011100100 00.000110+00.110111111001 00.011110111100 00.001111+11.001001011110

18、 11.011000011110故乘積X*Y補(bǔ)=1.0則X*Y=-0.06.21用原碼加減交替法和補(bǔ)碼加減交替法計(jì)算x÷y（1）x=0.100111，y=0.101011答：X原=0.100111 X*=0.100111Y原=0.101011 Y*=0.101011 -Y*補(bǔ)=1.010101原碼加減交替法：被除數(shù)（余數(shù)）商0.100111+1.0101010.0000001.1111001.111000+0.10101100 0.1000111.000110+1.0101010101 0.0110110.110110+1.010101011011 0.0010110.010110+

19、1.01010101110111 1.1010111.010110+0.1010110111001110 0.0000010.000010+1.010101011101011101 1.010111+0.10101101110100.000010因最后為0顯示為不夠除，所以要恢復(fù)余數(shù)商的符號(hào)位由除數(shù)和被除數(shù)可得為0故x÷y原=0.111010X補(bǔ)=0.100111 Y補(bǔ)=0.101011 -Y補(bǔ)=1.010101補(bǔ)碼加減交替法：被除數(shù)（余數(shù)）商0.100111+1.0101010.0000001.1111001.111000+0.10101100 0.1000111.000110+1

20、.0101010101 0.0110110.110110+1.010101011011 0.0010110.010110+1.01010101110111 1.1010111.010110+0.1010110111001110 0.0000010.000010+1.010101011101011101 1.010111+0.10101101110100.000010因最后為0顯示為不夠除，所以要恢復(fù)余數(shù)故x÷y補(bǔ)=0.111010x÷y=0.1110106.26按機(jī)器補(bǔ)碼浮點(diǎn)運(yùn)算步驟計(jì)算x+y補(bǔ)（1）x=2-011×0.101100，y=2-010×(-

21、0.011100)答：x=2-011*0.101100，y=2-010*（-0.011100） x補(bǔ)=1，101；0.101100, y補(bǔ)=1，110；1.100100 因?yàn)閤的階碼比y的階碼小，所以x補(bǔ)=1，110；0.010110x補(bǔ)+y補(bǔ)=1,110；（0.010110+11.100100）= 1,110；11.111010x補(bǔ)-y補(bǔ)=1,110；（0.010110+00.011100）= 1,110；00.110010x+y補(bǔ)=11，110；11.111010 = 11，011；11.010000 （尾數(shù)左規(guī)3次，階碼減3） x-y補(bǔ)=11，110；00.110010 則：x+y=2-

22、101×（-0.110 000） x-y =2-010×0.110 0106.28如何判斷定點(diǎn)和浮點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算結(jié)果是否溢出，如何判斷原碼和補(bǔ)碼定點(diǎn)除法運(yùn)算結(jié)果是否溢出？答：浮點(diǎn)加減法運(yùn)算，當(dāng)階碼符號(hào)為“01”時(shí)，需作出溢出處理。定點(diǎn)加減法運(yùn)算，利用兩位符號(hào)位，當(dāng)兩個(gè)符號(hào)位不同時(shí)，表示溢出。原碼定點(diǎn)除法運(yùn)算若商的第一位為“1”則表示溢出原碼定點(diǎn)除法運(yùn)算若商的第一位為“1”則表示溢出7.8 某機(jī)指令字長(zhǎng)16位，每個(gè)操作數(shù)的地址碼為6位，設(shè)操作碼長(zhǎng)度固定，指令分為零地址、一地址和二地址三種格式。若零地址指令有M種，一地址指令有N種，則二地址指令最多有幾種？若操作碼位數(shù)

23、可變，則二地址指令最多允許有幾種？答：（1）根據(jù)操作數(shù)地址碼為6位，則二進(jìn)制指令中操作碼的位數(shù)為16-6-6=4。這4位操作碼可能有24=16中操作。由于操作碼固定，則除去零地址和一地址剩下的二地址指令最多有16-M-N種。（2）若操作碼位數(shù)可變，則二地址、一地址和零地址的操作碼長(zhǎng)度分別為4位、10位和16位。則二地址指令最多允許有24-1種，留一位編碼做擴(kuò)標(biāo)志碼使用。8.1CPU有哪些功能？畫(huà)出其結(jié)構(gòu)框圖并簡(jiǎn)要說(shuō)明每個(gè)部件的作用。答：CPU主要有取指令，分析指令和執(zhí)行指令的作用。8.4設(shè)CPU有這些部件：PC、IR、SP、AC、MAR、MDR和CU。試畫(huà)出完成間接尋址的取數(shù)指令“LDA

24、60;X”(將主存某地址單元的容取至AC中)的數(shù)據(jù)流。答; PCMAR，M(MAR)MDR，(MDR)IR，PC+1PC，Ad(IR)MAR，M(MAR)MDR，MDRAd(IR)，Ad(IR)MAR，M(MAR)MDR，MDRAC9.1設(shè)CPU有這些部件：PC、IR、AC、MAR、MDR和CU。（1）寫出取值周期的全部微操作。（2）寫出減法指令SUB X、取數(shù)指令LDA X、存數(shù)指令STA X(X均為主存地址)在執(zhí)行階段所需的全部微操作。答：（1）PCMAR,M(MAR)MDR,(MDR)IR,OP(IR)CU,(PC)+1PC。（2）減法指令SUB XAd（IR）MAR，1R，M（MAR）MDR，（ACC）-（MDR）AC